PDSCH（物理下行共享信道）简介

PDSCH（物理下行共享信道）简介

PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）是从gNB（基站）到UE（用户设备）传输用户数据的下行物理信道，其主要特点总结如下：

• 资源网格：PDSCH占据时频资源块（Resource Blocks，RB）的网格。一个时隙内PDSCH最多可以使用14个OFDM符号，但大多数情况下使用的符号少于14个，因为通常一个或多个OFDM符号会用于PDCCH（物理下行控制信道）。
• 调度：gNB根据UE的信道质量、数据需求和公平性考虑为其调度PDSCH资源。
• 调制方式：PDSCH支持多种调制方式，如QPSK、16QAM、64QAM和256QAM，以适应不同的信道条件和数据速率。
• 信道编码：PDSCH使用LDPC（低密度奇偶校验）编码来提供前向纠错功能，提高无线信道数据传输的鲁棒性。
• 层映射：在MIMO（多输入多输出）系统中，PDSCH的数据会分布在多个层中。
• 速率匹配：PDSCH使用速率匹配技术，调整编码后的数据速率以匹配分配的资源，适应不同的UE需求和信道条件。
• DMRS（解调参考信号，Demodulation Reference Signals）：PDSCH包含DMRS，用于帮助UE进行信道估计和解调，确保数据准确接收。==> 这里的DMRS会在另一份笔记中进一步解释。

本文介绍了将用户数据转换为PDSCH数据并通过各个传输天线发送的过程。这是NR（5G新无线）处理中最复杂的过程之一，涉及到许多因素。以下是参与该过程的主要因素。核心部分是传输过程，而DCI（Downlink Control Information，下行控制信息）和RRC（无线资源控制）用于为传输过程提供（配置）一些参数。

在LTE中，大多数传输参数是固定的或由传输过程算法自动确定的，只有少数参数由DCI配置，RRC消息对这个过程的影响不大。然而，在NR中，许多传输过程的参数不仅由DCI提供，还由RRC（Radio Resource Control）消息配置，这意味着该过程将变得更加灵活，但同时也使得对该过程的故障排查更加具有挑战性。

传输块CRC附加：PDSCH数据
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• 经过CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）附加过程，以便在接收端检测错误。

• LDPC-图选择，LDPC Base Graph Selection，在CRC附加后，数据通过LDPC（Low-Density Parity-Check，低密度奇偶校验）编码进行处理，以实现纠错功能。

• 码块分段和CRC附加：数据随后被分割成更小的码块，并为每个码块附加另一个CRC校验。

• 信道编码：对码块进行信道编码，以保护数据在传输过程中免受错误干扰。

• 速率匹配：将信道编码的数据调整以适应可用的传输带宽。

• 码块拼接：速率匹配后的码块重新拼接成一个完整的数据流。

• 扰码，Scrambling：拼接后的数据经过扰码处理，以随机化数据模式，确保安全性并减轻干扰。

• 调制：扰码后的比特被调制为适合传输的符号。

• 层映射，Layer Mapping：调制后的符号映射到多个层上，以支持MIMO传输。

• 天线端口映射，Antenna Port Mapping：这些层映射到特定的天线端口上。

• 映射到VRB（Virtual Resource Block，虚拟资源块）：数据被映射到频域中的虚拟资源块。

• 从VRB映射到PRB（Physical Resource Block，物理资源块）：虚拟资源块随后映射到物理资源块，进行实际的传输。

1. Transport block CRC attachment

5G PDSCH信道处理中，传输块的CRC附加是一个步骤，允许用户设备（UE）检测接收到的传输块中的错误，从而确保无线信道上数据传输的可靠性。通过对传输块计算CRC，可以在接收端（UE）进行错误检测。CRC是一个固定大小的校验和（a fixed-size checksum），通过对传输块数据应用多项式函数生成。在5G NR中，根据传输块的大小，附加的CRC为24位或16位。

2. LDPC base graph selection

LDPC图选择（LDPC graph selection）是一个步骤，能够根据传输块大小进行高效的信道编码，从而确保可靠的数据传输和优化的性能。

5G NR规定了两种用于LDPC编码的基图，分别称为基图1和基图2。每个基图的大小是预定义的，其中基图1比基图2大。

基图的选择取决于通过PDSCH传输的传输块的大小。如果传输块的大小超过某个阈值，则使用基图1；否则，使用基图2。较小的基图2更适合较小的传输块，因为它在复杂性和性能之间提供了更好的平衡。如果将其表示为坐标系中的区域，它将变成如下所示。

3. Code block segmentation And Code Block CRC Attachment

这个步骤旨在通过将大的传输块分割成较小的段，并在码块级别（code block level）提供错误检测功能，以确保高效且可靠的数据传输。我们可以从几个不同的角度/步骤来总结如下：

• 码块分割：如果传输块的大小过大，无法进行高效的LDPC（低密度奇偶校验）编码，它将被分割成较小的段，称为码块。5G NR规范定义了码块的最大尺寸。分割的目的是确保信道编码和解码的效率，同时保持合理的复杂度。

• 分割标准：分割过程由传输块大小与指定的最大码块大小进行比较来确定。如果传输块大小超过最大码块大小，传输块将被分割为相等大小的码块（除了最后一个码块可能较小）。如果传输块大小在最大码块大小范围内，则不进行分割。

• 码块CRC附加：在分割之后，针对每个码块单独计算并附加一个CRC（循环冗余校验）。这个24位的CRC允许接收端（UE）在每个码块的基础上进行错误检测。

• i) 确定最大码块大小 (Kcb)

最大码块大小取决于LDPC基本图的类型，具体如下：

对于LDPC基本图类型1：Kcb = 8448
对于LDPC基本图类型2：Kcb = 3840

• ii) 确定码块数量

if B(Transport block size) < Kcb(Max Codeblock size)L = 0C (number of codeblocks) = 1B' = B   // this mean 'No Segmentation'.elseL = 24C = Ceiling(B/(Kcb - L))B' = B + C * L     

• iii) 确定每个码块中的比特数

K'(the number of bits in each code block) = B'/C

4. Channel Coding

5. Rate Matching

速率匹配的目的是调整信道编码器（LDPC）的输出数据速率，以匹配在PDSCH的时频网格中分配的可用资源。它可以通过以下几个步骤进行描述：

• 比特收集，Bit Collection：
  在LDPC编码之后，编码后的比特（数据比特和校验比特，data bits and parity bits）会被收集到一个循环缓冲区中。循环缓冲区是一个固定大小的临时存储区，它可以以循环的方式保存比特，从而实现高效的比特选择。
• 比特选择：
  根据分配的PDSCH资源，从循环缓冲区中选择特定数量的比特。选择过程包括三个主要操作：比特交织、比特修剪和比特打孔。
  • 比特交织，Bit Interleaving：重新排列比特的顺序，以提高传输过程中对突发错误的鲁棒性。
  • 比特修剪，Bit Pruning：去除由LDPC编码器生成的额外冗余比特。
  • 比特打孔，Bit Puncturing：如果编码比特的数量超过分配的资源，则丢弃一些编码比特（通常是校验比特）。

6. Code Block Concatenation

这是将前面处理步骤中产生的多个码块组合为单个数据流以进行传输的步骤。

在速率匹配之后，处理过的码块会被组合成一个单一的数据流。连接操作按照特定顺序进行，以确保接收端（UE）能够正确地分离和解码各个独立的码块。通常，码块会按照从原始传输块分段时的顺序进行连接。

7. Scrambling

扰码过程是通过引入随机性来确保传输数据具有均匀功率分布、干扰管理、数据隐私以及精确信道估计的步骤。扰码和解扰操作分别在发送端和接收端执行，并使用相同的基于小区特定的扰码序列。扰码通过将伪随机二进制序列（pseudo-random binary sequence，PRBS）应用于数据流来引入随机性。这一操作确保了传输信号在不同的频率和时间资源上具有均匀的功率分布。此外，扰码还有助于减轻小区间干扰、提高数据隐私，并帮助接收端（UE）进行精确的信道估计。该过程的亮点包括：

• 扰码序列：扰码过程使用基于小区ID和扰码标识（a scrambling identity）生成的小区特定扰码序列。每个小区内的用户（UE）可以使用独特的扰码标识，确保不同UE使用的扰码序列彼此正交，不会产生干扰。

• 按位异或 (Bitwise XOR)：扰码过程涉及输入数据流（由码块连接步骤生成的数据）与扰码序列之间的按位异或操作。该操作的输出是一个扰码后的数据流。

• 对数据速率的影响：扰码不会改变数据速率，因为它仅通过引入随机性来修改数据流。数据速率由其他信道处理步骤决定，例如LDPC编码和速率匹配。

8. Modulation

9. Layer Mapping

层映射（Layer mapping） 是将调制后的符号分配到一个或多个层，用于使用多个天线进行传输的步骤。其目的是通过利用先进的天线技术（如MIMO和波束赋形）提高无线通信系统的频谱效率、可靠性和容量。

层的数量取决于物理天线的可用性、UE的能力以及信道条件。目前，5G NR标准支持每个载波最多8个层。层的数量可以根据当前的系统需求和信道条件动态调整。

10. Antenna Port Mapping

一旦数据通过层映射过程，每一层的数据将映射到各自的天线端口。当未应用CSI（信道状态信息）时，数据将按照下述方式映射到物理天线端口。

当应用CSI（信道状态信息）时，来自层映射器的数据首先被映射到每个CSI天线端口，如下所示。